I fisici hanno imparato come allevare i gatti Schrödinger in ottica. Gli scienziati hanno testato un metodo che potrebbe potenzialmente amplificare le sovrapposizioni di stati classici di luce oltre i limiti microscopici e aiutare a determinare i confini tra il mondo quantistico e quello classico.

Il ricercatore CIFAR Quantum Information Science Alexander Lvovsky ha guidato il team di scienziati del Russian Quantum Center e dell'Università di Calgary che hanno testato un metodo che potrebbe amplificare le sovrapposizioni di stati classici di luce oltre i limiti microscopici e aiutare a determinare i confini tra il mondo quantistico e classico.

Lo studio è stato pubblicato oggi in Fotonica della natura .

Nel 1935, Il fisico tedesco Erwin Schrödinger ha proposto un esperimento mentale in cui un gatto, nascosto all'osservatore, è in una sovrapposizione di due stati:era sia vivo che morto. Il gatto di Schrödinger aveva lo scopo di mostrare quanto sia radicalmente diverso il mondo macroscopico che vediamo dal mondo microscopico governato dalle leggi della fisica quantistica.

Però, lo sviluppo delle tecnologie quantistiche rende possibile la creazione di stati quantistici sempre più complessi, e l'esperimento mentale di Schrödinger non sembra più troppo irraggiungibile.

"Una delle questioni fondamentali della fisica è il confine tra il mondo quantistico e quello classico. Possono i fenomeni quantistici, fornito condizioni ideali, essere osservato in oggetti macroscopici? La teoria non dà risposta a questa domanda, forse non esiste un tale confine. Ciò di cui abbiamo bisogno è uno strumento che lo esamini, "dice Lvovsky, che è professore all'Università di Calgary e capo del Laboratorio di ottica quantistica del Centro quantistico russo, dove è stato allestito l'esperimento.

Esattamente un tale strumento è fornito dall'analogo fisico del gatto di Schrödinger - un oggetto in una sovrapposizione quantistica di due stati con proprietà opposte. In ottica, questa è una sovrapposizione di due onde luminose coerenti in cui i campi delle onde elettromagnetiche puntano in due direzioni opposte contemporaneamente. Fino ad ora, esperimenti potrebbero ottenere tali sovrapposizioni solo a piccole ampiezze che ne limitano l'uso. Il gruppo Lvovsky ha eseguito la procedura di "allevamento" di tali stati, che permette di ottenere con maggior successo "gatti" ottici di ampiezze maggiori.

La coautrice e studentessa laureata dell'Università di Calgary, Anastasia Pushkina, spiega:"L'idea dell'esperimento è stata proposta nel 2003 dal gruppo del professor Timothy Ralph dell'Università del Queensland, Australia. In sostanza, causiamo l'interferenza di due "gatti" su un divisore di fascio. Questo porta ad uno stato entangled nei due canali di uscita di quel divisore di raggio. In uno di questi canali, viene posizionato un rilevatore speciale. Nel caso in cui questo rilevatore mostri un determinato risultato, nella seconda uscita nasce un "gatto" la cui energia è più del doppio di quella iniziale."

Il gruppo Lvovsky ha testato questo metodo in laboratorio. Nell'esperimento, hanno convertito con successo una coppia di "gatti di Schrodinger" schiacciati negativi di ampiezza 1,15 in un singolo "gatto" positivo di ampiezza 1,85. Hanno generato diverse migliaia di tali "gatti" ingranditi nel loro esperimento.

"È importante che la procedura possa essere ripetuta:nuovi 'gatti' possono, a sua volta, essere sovrapposto su un divisore di fascio, producendone uno con energia ancora maggiore, e così via. Così, è possibile spingere i confini del mondo quantistico passo dopo passo, ed eventualmente capire se ha un limite, "dice il primo autore dello studio, uno studente laureato del Centro quantistico russo e dell'Università pedagogica statale di Mosca, Demid Sychev.

Tali "gatti di Schrodinger" macroscopici avrebbero applicazioni nella comunicazione quantistica, teletrasporto e crittografia.